<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Control. Eng.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Control Engineering</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Control. Eng.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2673-6268</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">1083419</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fcteg.2022.1083419</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Control Engineering</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Tuning of <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn mathvariant="bold">2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> controllers for oscillatory systems with time delays</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Xingqi et al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.3389/fcteg.2022.1083419">10.3389/fcteg.2022.1083419</ext-link>
</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Xingqi</surname>
<given-names>Hu</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2073732/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Guolian</surname>
<given-names>Hou</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Wen</surname>
<given-names>Tan</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<sup>1</sup>
<institution>School of Control and Computer Engineering</institution>, <institution>North China Electric Power University</institution>, <addr-line>Beijing</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<sup>2</sup>
<institution>School of Electrical and Control Engineering</institution>, <institution>North China University of Technology</institution>, <addr-line>Beijing</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1019227/overview">Tito Lu&#xed;s Maia Santos</ext-link>, Federal University of Bahia, Brazil</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2082915/overview">Andrzej Pawlowski</ext-link>, University of Brescia, Italy</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/996015/overview">Damir Vrancic</ext-link>, Institut Jo&#x17e;ef Stefan (IJS), Slovenia</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Hu Xingqi, <email>18601260651@163.com</email>
</corresp>
<fn fn-type="other">
<p>This article was submitted to Control and Automation Systems,&#xa0;a section of the journal Frontiers in Control Engineering</p>
</fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>10</day>
<month>01</month>
<year>2023</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2022</year>
</pub-date>
<volume>3</volume>
<elocation-id>1083419</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>29</day>
<month>10</month>
<year>2022</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>12</day>
<month>12</month>
<year>2022</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2023 Xingqi, Guolian and Wen.</copyright-statement>
<copyright-year>2023</copyright-year>
<copyright-holder>Xingqi, Guolian and Wen</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>Proportional&#x2013;integral&#x2013;derivative (PID) control is a durable control technology that has been widely applied in the process control industry. However, PID controllers cannot achieve satisfactory performance for oscillatory systems with long time delays; thus, high-order controllers like the proportional&#x2013;integral&#x2013;double derivative (<inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) can be adopted to enhance the control performance. In this paper, we propose a tuning formula for the <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m3">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> controller for oscillatory systems with time delays and its practical implementation <italic>via</italic> an observer bandwidth-based state-space <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m4">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Simulation results show that the state-space <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m5">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> controller tuned from the proposed formula trades-off among robustness, time domain performance, and measurement noise attenuation and can arrive at a better control effect than PID for oscillatory systems.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>oscillatory systems</kwd>
<kwd>internal model control</kwd>
<kwd>parameter tuning</kwd>
<kwd>robustness</kwd>
<kwd>time domain performance</kwd>
<kwd>measurement noise</kwd>
<kwd>PID plus second-order controller</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>Proportional&#x2013;integral&#x2013;derivative (PID) control is a durable control technology that has been widely applied in the process control industry (<xref ref-type="bibr" rid="B20">Kim and Lee, 2021</xref>). The principal reason is its relatively simple structure, which can be easily implemented, understood, and maintained in practical industry production processes. PID is so wildly used in process control system applications, and it is one of the important factors in the development of the industry (<xref ref-type="bibr" rid="B2">Borase et al., 2021</xref>). Hence, most studies in the field of process control have only focused on PID control, which includes intelligent PID (<xref ref-type="bibr" rid="B3">Chan et al., 2007</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B12">Gundes and Ozguler, 2007</xref>), fuzzy PID (<xref ref-type="bibr" rid="B40">Tzafestas and Papanikolopoulos, 1990</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B17">Jin et al., 2017</xref>), optimal PID (<xref ref-type="bibr" rid="B13">Halikias and Zolotas, 1999</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B4">Chao et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B24">Memon and Shao, 2020</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B25">Memon and Shao, 2021</xref>), adaptive PID control (<xref ref-type="bibr" rid="B32">Radke and Isermannt, 1987</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B31">Pan et al., 2007</xref>), and fractional-order PID (<xref ref-type="bibr" rid="B45">Zhao et al., 2005</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B6">Chevalier et al., 2019</xref>).</p>
<p>It is well-known that the oscillatory dynamics of the process have various features, and parameter tuning is complicated and difficult. To facilitate research, the oscillatory dynamics of the process can be modeled as the standard second-order process with a dead-time (SOPDT) model. Up to now, research on the tuning of the SOPDT system has been mostly restricted to PID. <xref ref-type="bibr" rid="B43">Weng et al. (1997</xref>) derived the tuning formula of the PID controller based on the gain and phase margin for the underdamped oscillatory system. The user-specified gain and phase margins can be adaptively achieved, but the trade-off optimization between stability and tracking performance is not designed. <xref ref-type="bibr" rid="B41">Wang et al. (1999)</xref> proposed a PID controller parameter tuning method based on the closed-loop pole assignment strategy of the root locus for the oscillatory system; the parameter design process is more complicated. <xref ref-type="bibr" rid="B16">Huang et al. (2000)</xref> proposed an inverse-based synthesis PID controller for the oscillatory system and analyzed its robustness by the gain and phase margins. However, the effect of noise was not considered. <xref ref-type="bibr" rid="B1">Basilio and Matos (2002)</xref> designed the PID controller for the underdamping system, but the controlled plant did not account for dead time. <xref ref-type="bibr" rid="B30">Oliveira and Vran&#x10d;i&#x107; (2012)</xref> addressed the problem of decreasing the overshoot by switching controllers for underdamped second-order systems, which is not convenient for practical engineering applications. <xref ref-type="bibr" rid="B22">Kurokawa et al. (2020)</xref> proposed an optimal trade-off PID control system for a SOPDT system, which does not consider the impact of measurement noise. The aforementioned literature reports are devoted to the study of the controller from the perspective of the frequency domain. Although some research has been carried out on PID controllers, it is still unclear whether or not PID can effectively handle oscillatory process uncertainties like disturbance and measurement noise. Furthermore, it may be necessary to manually adjust the PID controller for the step response of the oscillatory process through trial and error, which may inevitably result in inaccuracies. More importantly, it is difficult for the conventional PID controller to guarantee the stability of the oscillatory process with a time delay. The scenario is quite different from the step response of the non-oscillatory plant, where numerous well-known formulas exist (<xref ref-type="bibr" rid="B23">Lee et al., 1998</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B37">Skogestad and Grimholt, 2012</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B11">Garpinger et al., 2014</xref>). Therefore, it would be desirable if there are tuning criteria for the oscillatory plant with time delays to improve the performance of systems.</p>
<p>As an example, consider the following oscillatory system with a time delay (<inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m6">
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>):<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m7">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.2</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The dynamic response of SOPDT under the conventional PID (<xref ref-type="bibr" rid="B16">Huang et al., 2000</xref>) is shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref> when a unit step reference signal (the amplitude is 1) is inserted at <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m8">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and an input disturbance signal (the amplitude is 5) is inserted at <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m9">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>50</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Controller parameters are <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m10">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.1</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> from <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>, we can see that although the tracking response of PID is acceptable, the rejection&#x2013;disturbance response is still oscillatory, which is undesired.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>Dynamic response of the SOPDT model under PID: <bold>(A)</bold> controller output responses and <bold>(B)</bold> system output responses.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fcteg-03-1083419-g001.tif"/>
</fig>
<p>To improve the performance of conventional PID, a new conventional controller named the proportional&#x2212;integral&#x2212;double derivative (<inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m11">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) is widely used (<xref ref-type="bibr" rid="B18">kalyan and Suresh, 2021</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B21">Koley et al., 2020</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B28">Mokeddem and Mirjalili, 2020</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B36">Simanenkov et al., 2017</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B38">Sonkar and Rahi, 2016</xref>). The <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m12">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> controller is robust and capable of controlling the automatic voltage regulator under load frequency control system uncertainties (<xref ref-type="bibr" rid="B27">Mohanty, 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B5">Chatterjee et al., 2019</xref>). So far, there are only some literature studies about parameter tuning for <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m13">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, e.g., CSA&#x2212;<inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m14">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B21">Koley et al., 2020</xref>), hFPA-PS&#x2212;<inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m15">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B26">Mohanty, 2020</xref>), GWO&#x2212;<inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m16">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B19">Kalyan, 2021</xref>), and Fuzzy&#x2212;<inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m17">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B8">Farooq et al., 2021</xref>). However, the <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m18">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> controller is not discussed for oscillatory systems. In reality, oscillatory systems are not subject to any special <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m19">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> tuning rules. To tune oscillatory SOPDT systems, this paper proposes the tuning formula of <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m20">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>For practical implementation issues, we will investigate a state-space <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m21">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> control structure. The state-space <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m22">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> controller estimates the derivative of the controlled plant output <italic>via</italic> an observer. The second-order differentiation is utilized to reduce impacts of fluctuation of the disturbance. The state-space <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m23">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> controller retains the plant-independent property of the traditional PID and overcomes some of its disadvantages. For oscillatory systems with time delays, a tuning formula based on the state-space PIDD<sup>2</sup> controller is proposed first, and then, the parameters of <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m24">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are obtained <italic>via</italic> the well-known internal model control (IMC) framework for oscillatory systems. The proposed tuning formula is tested for a wide variety of simulation examples and the load frequency control system. It is shown that the state-space <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m25">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> controller outperforms the traditional PID in oscillatory systems. The state-space <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m26">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> controller trades-off among disturbance rejection performance, robustness, and attenuation of the measurement noise.</p>
<p>The rest of the paper consists of four parts. In <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref>, <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m27">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and its state-space implementation is introduced; tuning of the state-space <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m28">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> controller based on IMC for the SOPDT system is introduced in <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref>; <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref> presents simulation and analysis results. Finally, conclusions are given in <xref ref-type="sec" rid="s5">Section 5</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m29">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn mathvariant="bold">2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and its state-space implementation</title>
<p>A PID controller has been frequently utilized in the industry due to its simplicity and efficiency. The <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m30">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> controller has been used to enhance the performance of the conventional PID controller. The structure of <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m31">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is similar to the conventional PID, in addition to the extra second-order derivative gain. An ideal <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m32">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> controller has the following transfer function form:<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m33">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m34">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m35">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m36">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the proportional variable, integral variable, derivative gain, and double derivative gain, respectively. <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m38">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> control can be written as a state-feedback control law, given as follows:<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m39">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#xa8;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#xa8;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>Here, <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m40">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the controlled variable, <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m41">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the manipulated variable, and <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m42">
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the reference signal.<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m43">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#xa8;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>The state vector is as follows: <disp-formula id="e5">
<mml:math id="m44">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#xa8;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>The state-feedback gain is as follows:<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m45">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The state vector <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m46">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (5) contains the derivative of <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m47">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, so it cannot be measured directly. An observer can be adopted to estimate it. Consider the following triple integral model:<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m48">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Let<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m49">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#xa8;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>Then, Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">7</xref> can be written in the following state-space form:<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m50">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>where<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m51">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>Thus, the following Luenberger observer can be used to estimate <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m52">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#xa8;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m53">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m54">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the observer gain, which is given as follows:<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m55">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>If <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m56">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is chosen such that <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m57">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is asymptotically stable, then <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m58">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#xa8;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m59">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m60">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Furthermore, <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m61">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be computed using another state <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m62">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x5e;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m63">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>By combining Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">11</xref> and Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">13</xref>, we have an estimation of the state vector of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">5</xref> with the following observer:<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m64">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m65">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m66">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m67">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the observer gain vector shown as follows:<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m68">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>When <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m69">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is chosen properly, <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m70">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is asymptotically stable, and<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m71">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#xa8;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Hence, the third-order state-space PID is the implementation of <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m72">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and an ideal <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m73">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> controller can be approximated with the following third-order state-space PID (SS-<inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m74">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) controller:<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m75">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>So the feedback controller from <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m76">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m77">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is as follows:<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m78">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>
<inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m79">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the controller gain vector, as shown in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e6">6</xref>.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref> shows the structural block diagram of the third-order state-space PID (SS-<inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m80">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>). <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m81">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the set-point weight, which is used to reduce the overshoot. By default, <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m82">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Block diagram of the state-space <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m83">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn mathvariant="bold">2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> controller.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fcteg-03-1083419-g002.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Tuning of the state-space <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m84">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn mathvariant="bold">2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> controller based on IMC for the SOPDT system</title>
<p>The dynamics of the oscillatory SOPDT system is relatively complicated, and the controller parameter design process faces severe challenges. In general, the low-order controller often neglects the higher-order dynamics of oscillatory systems. Thus, the result of the control effect is not accurate (<xref ref-type="bibr" rid="B42">Wang et al., 2021</xref>). The well-known internal model control has the advantage of using one or two tuning parameters to achieve good control performance to model inaccuracies (<xref ref-type="bibr" rid="B34">Shamsuzzoha and Lee, 2007</xref>, p.). Therefore, in this section, we will discuss in detail how the parameters of the SS-<inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m85">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> controller are obtained using IMC.</p>
<sec id="s3-1">
<title>3.1 Description of the internal model control (IMC)</title>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref> shows the structural block diagram of the two-degree-of-freedom IMC (TDF-IMC) controller. <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m86">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the plant to be controlled, and <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m87">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the plant model; <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m88">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the set-point tracking controller, and <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m89">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the disturbance rejection controller.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Block diagram of TDF-IMC.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fcteg-03-1083419-g003.tif"/>
</fig>
<p>We can divide the design process of the TDF-IMC controller into the following steps (<xref ref-type="bibr" rid="B39">Tan and Fu, 2015</xref>):<list list-type="simple">
<list-item>
<p>1) Factor the plant model <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m90">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> into two parts:</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m91">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m92">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the portion of the model inverted (minimum-phase) and <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m93">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the portion of the model not inverted (non-minimum-phase).<list list-type="simple">
<list-item>
<p>2) Design the set-point tracking controller <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m94">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as follows:</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m95">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m96">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a low-pass filter and its expression is given as follows:<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m97">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Here, <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m98">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the filter parameter, and <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m99">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the relative degree of <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m100">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
</mml:msub>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>3) The disturbance rejection controller <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m101">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is designed as follows:</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m102">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:msup>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m103">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the number of poles of <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m104">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> such that <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m105">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> needs to cancel the disturbance rejection filter <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m106">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with order <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m107">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m108">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a tuning parameter for obtaining a better disturbance-rejecting performance. The poles <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m109">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m110">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be canceled by the zeros <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m111">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m112">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, i.e., <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m113">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> should satisfy the following:<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m114">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="" close="|" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The corresponding transfer function of the IMC controller is as follows:<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m115">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s3-2">
<title>3.2 The IMC controller design for the SOPDT system</title>
<p>By designing the IMC controller, we can get the controller gain of SS-<inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m116">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. So consider the general form of SOPDT systems as follows:<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m117">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The controllers <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m118">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m119">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">26</xref> are as follows:<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m120">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m121">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Here, the order of the disturbance rejection filter <inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m122">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is chosen as 3, and <inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m123">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m124">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> meet Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e24">24</xref>.</p>
<p>From the aforementioned derivation, the final form of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e25">25</xref> is given as follows:<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m125">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>From the aforementioned analysis, we can cancel the roots of <inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m126">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. To obtain a finite-dimensional controller, we take the first-order Pade approximation technique (<xref ref-type="bibr" rid="B14">Horn et al., 1996</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B33">Shamsuzzoha and Lee, 2008</xref>) to approximate the pure delay.<disp-formula id="e30">
<mml:math id="m127">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(30)</label>
</disp-formula>Then, the simplified form of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e29">29</xref> becomes<disp-formula id="e31">
<mml:math id="m128">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(31)</label>
</disp-formula>where the expression of <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m129">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m130">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be obtained as follows:<disp-formula id="e32">
<mml:math id="m131">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(32)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e33">
<mml:math id="m132">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(33)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s3-3">
<title>3.3 Specific approximate processes with the state-space <inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m133">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn mathvariant="bold">2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</title>
<p>This subsection focuses on how to attain the parameters of SS-<inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m134">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> through IMC. For simplicity, the observer gain <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m135">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">16</xref> can be tuned <italic>via</italic> the bandwidth idea (<xref ref-type="bibr" rid="B10">Gao, 2003</xref>), i.e., the poles of <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m136">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e14">14</xref> are placed at the same location <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m137">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and then,<disp-formula id="e34">
<mml:math id="m138">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(34)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>According to the aforementioned Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e19">19</xref>, the transfer function form of SS-<inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m139">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is as follows:<disp-formula id="e35">
<mml:math id="m140">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(35)</label>
</disp-formula>where<disp-formula id="e36">
<mml:math id="m141">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(36)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e37">
<mml:math id="m142">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(37)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>To make the SS-<inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m143">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> controller achieve the same control performance as the IMC controller, suppose Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e31">31</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e35">35</xref> have the same zeros, i.e.,<disp-formula id="e38">
<mml:math id="m144">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(38)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m145">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is an optional constant. According to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e36">36</xref>, we have the following:<disp-formula id="e39">
<mml:math id="m146">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(39)</label>
</disp-formula>Thus, the controller gain of SS-<inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m147">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be obtained as follows:<disp-formula id="e40">
<mml:math id="m148">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(40)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The final parameters of SS-<inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m149">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be obtained by substituting Eqs <xref ref-type="disp-formula" rid="e32">32</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e34">34</xref> into Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e40">40</xref>. The important thing to note here is to make <inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m150">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as large as possible so that <inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m151">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a positive real-number.</p>
</sec>
<sec id="s3-4">
<title>3.4 Tuning rules for SOPDT systems</title>
<p>The performance of the IMC controller is decided by the parameters <inline-formula id="inf112">
<mml:math id="m152">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf113">
<mml:math id="m153">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Nevertheless, previous studies of the IMC have not dealt with how to obtain the appropriate value of these two parameters. In other words, there is no specific approach to choose the value of <inline-formula id="inf114">
<mml:math id="m154">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf115">
<mml:math id="m155">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Hence, the core idea of this subsection is to get optimized values of <inline-formula id="inf116">
<mml:math id="m156">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf117">
<mml:math id="m157">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The optimal values of <inline-formula id="inf118">
<mml:math id="m158">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf119">
<mml:math id="m159">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are those that give the minimum (integral of the time squared error) ITSE with certain robustness, and then, we can get the transfer function of the equivalent IMC controller. Thus, according to <xref ref-type="sec" rid="s3-3">Section 3.3</xref>, we can obtain the parameters (<inline-formula id="inf120">
<mml:math id="m160">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; <inline-formula id="inf121">
<mml:math id="m161">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; <inline-formula id="inf122">
<mml:math id="m162">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; <inline-formula id="inf123">
<mml:math id="m163">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; <inline-formula id="inf124">
<mml:math id="m164">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) of the SS-<inline-formula id="inf125">
<mml:math id="m165">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> controller. The specific flow chart of the derivation process is shown in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>Flow chart of the derivation of the tuning formula.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fcteg-03-1083419-g004.tif"/>
</fig>
<p>In the process of calculating the parameters of SS-<inline-formula id="inf126">
<mml:math id="m166">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, as mentioned in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>, we notice that the parameters of the SS-<inline-formula id="inf127">
<mml:math id="m167">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> controller exhibit different properties for <inline-formula id="inf128">
<mml:math id="m168">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>2.5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf129">
<mml:math id="m169">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>2.5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; consequently, we set the parameters in the two cases, respectively.</p>
<p>To describe the detailed derivation process of the tuning formula, suppose <inline-formula id="inf130">
<mml:math id="m170">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>2.5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and consider a normalized SOPDT system, then<disp-formula id="e41">
<mml:math id="m171">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>0.2</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(41)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf131">
<mml:math id="m172">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> varies from .5 to 2.5 with an appropriate step. A set of parameters of SS-<inline-formula id="inf132">
<mml:math id="m173">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <inline-formula id="inf133">
<mml:math id="m174">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf134">
<mml:math id="m175">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf135">
<mml:math id="m176">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf136">
<mml:math id="m177">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf137">
<mml:math id="m178">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be obtained through the process in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>. The fitting curves of parameters of the SS-<inline-formula id="inf138">
<mml:math id="m179">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are shown in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Fitting curves of parameters of SS-<inline-formula id="inf139">
<mml:math id="m180">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn mathvariant="bold">2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fcteg-03-1083419-g005.tif"/>
</fig>
<p>The corresponding function expressions are given in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e42">42</xref>:<disp-formula id="e42">
<mml:math id="m181">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2008;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.0924</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.1599</mml:mn>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.1176</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.0099</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0502</mml:mn>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.2201</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.1027</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.6332</mml:mn>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.8056</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2008;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2008;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2008;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.1334</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.5169</mml:mn>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.4112</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.1125</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.3707</mml:mn>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>4.8762</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(42)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>So we can rewrite Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e42">42</xref> as follows:<disp-formula id="e43">
<mml:math id="m182">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(43)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>When <inline-formula id="inf140">
<mml:math id="m183">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.1</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>0.3</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>0.4</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>0.6</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>0.7</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the corresponding fitting curves of <inline-formula id="inf141">
<mml:math id="m184">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf142">
<mml:math id="m185">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf143">
<mml:math id="m186">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf144">
<mml:math id="m187">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf145">
<mml:math id="m188">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf146">
<mml:math id="m189">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are obtained, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref>. The fitting formulae are given in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e44">44</xref>:3<disp-formula id="e44">
<mml:math id="m190">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.3</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.4434</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.1691</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1.102</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1.354</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.3866</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.7656</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.2038</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.189</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.02727</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.01403</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.01164</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.1443</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.02041</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.04854</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.313</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.1575</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2909</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.06036</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.1023</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.258</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.8848</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1.187</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1.043</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.3103</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.4958</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2201</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.8436</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1.519</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.787</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.5418</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.9786</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.5852</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.4148</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.5456</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.205</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3.695</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.04876</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>3.626</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>56.83</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>0.00182</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>61.54</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(44)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf147">
<mml:math id="m191">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> varies from 2.5 to 5 with an appropriate step. A set of parameters of SS-<inline-formula id="inf148">
<mml:math id="m192">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <inline-formula id="inf149">
<mml:math id="m193">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf150">
<mml:math id="m194">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf151">
<mml:math id="m195">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf152">
<mml:math id="m196">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf153">
<mml:math id="m197">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be obtained through the process in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>. The fitting curves of parameters of SS-<inline-formula id="inf154">
<mml:math id="m198">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are shown in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figures 7</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F9">9</xref>.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>Fitting curves of <inline-formula id="inf155">
<mml:math id="m199">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf156">
<mml:math id="m200">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf157">
<mml:math id="m201">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf158">
<mml:math id="m202">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf159">
<mml:math id="m203">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf160">
<mml:math id="m204">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fcteg-03-1083419-g006.tif"/>
</fig>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>Fitting curves of parameters of SS-<inline-formula id="inf197">
<mml:math id="m246">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn mathvariant="bold">2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fcteg-03-1083419-g007.tif"/>
</fig>
<p>The corresponding function expressions are given in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e45">45</xref>:<disp-formula id="e45">
<mml:math id="m205">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2008;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0452</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.5190</mml:mn>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.9770</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.0016</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0111</mml:mn>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.2372</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0059</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.2437</mml:mn>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.7264</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2008;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2008;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2008;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.0878</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.5952</mml:mn>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1.0306</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0800</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.4963</mml:mn>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>3.8536</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(45)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Similar to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e44">44</xref>, we can obtain the following:<disp-formula id="e46">
<mml:math id="m206">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0909</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.1645</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.07444</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.405</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2.175</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.8978</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3.166</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>5.363</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1.923</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.02167</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.01522</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.003777</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.09188</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.001259</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.007188</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.3004</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.007393</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.1756</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>7.843</mml:mn>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>09</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>6.822</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.006375</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.6736</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1.011</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.419</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2.95</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>4.443</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1.497</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.04845</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.7432</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.07248</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.286</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.8213</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.4774</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.4976</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.8112</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.8055</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.02299</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1.035</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.04166</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.1223</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1.143</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2734</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.1418</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1.264</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>4.938</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(46)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>When <inline-formula id="inf161">
<mml:math id="m207">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.1</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>0.3</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>0.4</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>0.6</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>0.7</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the corresponding fitting curves of <inline-formula id="inf162">
<mml:math id="m208">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf163">
<mml:math id="m209">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf164">
<mml:math id="m210">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf165">
<mml:math id="m211">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf166">
<mml:math id="m212">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf167">
<mml:math id="m213">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are obtained, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figures 8</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F10">10</xref>.</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>FIGURE 8</label>
<caption>
<p>Fitting curves of <inline-formula id="inf198">
<mml:math id="m247">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf199">
<mml:math id="m248">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf200">
<mml:math id="m249">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf201">
<mml:math id="m250">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf202">
<mml:math id="m251">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf203">
<mml:math id="m252">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fcteg-03-1083419-g008.tif"/>
</fig>
<p>In practice, the relationship between <inline-formula id="inf168">
<mml:math id="m214">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf169">
<mml:math id="m215">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf170">
<mml:math id="m216">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf171">
<mml:math id="m217">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf172">
<mml:math id="m218">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of SS-<inline-formula id="inf173">
<mml:math id="m219">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the normalized SOPDT model in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e41">41</xref> and <inline-formula id="inf174">
<mml:math id="m220">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf175">
<mml:math id="m221">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf176">
<mml:math id="m222">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf177">
<mml:math id="m223">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf178">
<mml:math id="m224">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of SS-<inline-formula id="inf179">
<mml:math id="m225">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the general SOPDT model in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">26</xref>is described in the following (<xref ref-type="bibr" rid="B44">Zhang et al., 2019</xref>):<disp-formula id="e47">
<mml:math id="m226">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(47)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>As a result, combining Eqs <xref ref-type="disp-formula" rid="e43">43</xref>&#x2212;<xref ref-type="disp-formula" rid="e47">47</xref>, we can obtain the following tuning formula of SS-<inline-formula id="inf180">
<mml:math id="m227">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the SOPDT system:<disp-formula id="e48">
<mml:math id="m228">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.3</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.4434</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.1691</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1.102</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1.354</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.3866</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.7656</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.2038</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.189</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.02727</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.01403</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.01164</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.1443</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.02041</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.04854</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.313</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.1575</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2909</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.06036</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.1023</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1.258</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.8848</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1.187</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1.043</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.3103</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.4958</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2201</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.8436</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1.519</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.787</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.5418</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.9786</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.5852</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.4148</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.5456</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.205</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3.695</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.04876</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>3.626</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>56.83</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>0.00182</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>61.54</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(48)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Similarly, using the same process, we can obtain the tuning formula when <inline-formula id="inf181">
<mml:math id="m229">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>2.5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as follows:<disp-formula id="e49">
<mml:math id="m230">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.0909</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.1645</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.07444</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>1.405</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2.175</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.8978</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3.166</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>5.363</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1.923</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.02167</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.01522</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.003777</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.09188</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.001259</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.007188</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.3004</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.007393</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.1756</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>7.843</mml:mn>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>09</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>6.822</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.006375</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.6736</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1.011</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.419</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2.95</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>4.443</mml:mn>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1.497</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.04845</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.7432</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.07248</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.286</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.8213</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.4774</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.4976</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.8112</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.8055</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.02299</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1.035</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.04166</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.1223</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1.143</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.2734</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.1418</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1.264</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>4.938</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(49)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Simulation and analyses</title>
<p>This section demonstrates the tuning formula for several examples. In every simulation example, a different control effect has been analyzed and compared with existing methods.</p>
<sec id="s4-1">
<title>4.1 Simple simulation examples</title>
<p>Simple second-order oscillatory plants with damping ratios <inline-formula id="inf182">
<mml:math id="m231">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.4</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and delay time <inline-formula id="inf183">
<mml:math id="m232">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1,2,3,4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are shown in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figures 7</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="F11">11</xref> (the figures show controller outputs <inline-formula id="inf184">
<mml:math id="m233">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> within the appropriate range; otherwise, <inline-formula id="inf185">
<mml:math id="m234">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the disturbance response will be too small to be visible in the figure). The parameters and indexes ((<inline-formula id="inf186">
<mml:math id="m235">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; <inline-formula id="inf187">
<mml:math id="m236">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mi mathvariant="italic">sup</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; (<inline-formula id="inf188">
<mml:math id="m237">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>)) are shown in <xref ref-type="table" rid="T1">Tables 1</xref>&#x2013;<xref ref-type="table" rid="T3">3</xref>. The responses for a step reference signal (the amplitude is 1) at <inline-formula id="inf189">
<mml:math id="m238">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and a step input disturbance signal (the amplitude is .5) are added to these systems at an appropriate time to test the disturbance rejection performance and robustness. Moreover, suppose there is a white noise signal with a variance of <inline-formula id="inf190">
<mml:math id="m239">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.001</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> added to the output of the plant to test the performance of measurement noise attenuation. From <xref ref-type="fig" rid="F7">Figures 7</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="F10">10</xref>, we can see that the output responses of the system with <inline-formula id="inf191">
<mml:math id="m240">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.2</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>0.4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> show large oscillations, which is because the poles of the system are close to the imaginary axis. The responses of the system with <inline-formula id="inf192">
<mml:math id="m241">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are shown in <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure 11</xref>. Compared with the PID controller, the SS-<inline-formula id="inf193">
<mml:math id="m242">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> controller has a faster tracking and disturbance rejection response. Moreover, the SS-<inline-formula id="inf194">
<mml:math id="m243">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> controller has smaller overshooting and fluctuation than the PID controller. In particular, after adding noise, the SS-<inline-formula id="inf195">
<mml:math id="m244">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> controller output response is significantly better than the other two PID methods. Combining figures and tables, we can see that the tuning in Eqs <xref ref-type="disp-formula" rid="e48">48</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e49">49</xref> can achieve a better response. Therefore, we can conclude that the proposed formula of SS-<inline-formula id="inf196">
<mml:math id="m245">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> has a better control effect for the SOPDT system.</p>
<fig id="F9" position="float">
<label>FIGURE 9</label>
<caption>
<p>Responses of the SOPDT system with <italic>&#x3be;</italic> &#x3d; .2 under different controllers: controller output responses without noise [the top left of <bold>(A&#x2013;D)</bold>]; system output responses without noise [the top right of <bold>(A&#x2013;D)</bold>]; controller output responses with noise [the bottom left of <bold>(A&#x2013;D)</bold>]; <bold>(B)</bold> system output responses with noise [the bottom right of <bold>(A&#x2013;D)</bold>].</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fcteg-03-1083419-g009.tif"/>
</fig>
<fig id="F10" position="float">
<label>FIGURE 10</label>
<caption>
<p>Responses of the SOPDT system with <italic>&#x3be;</italic> &#x3d; 0.4 under different controllers: controller output responses without noise [the top left of <bold>(A&#x2013;D)</bold>]; system output responses without noise [the top right of <bold>(A&#x2013;D)</bold>]; controller output responses with noise [the bottom left of <bold>(A&#x2013;D)</bold>]; <bold>(B)</bold> system output responses with noise [the bottom right of <bold>(A&#x2013;D)</bold>].</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fcteg-03-1083419-g010.tif"/>
</fig>
<fig id="F11" position="float">
<label>FIGURE 11</label>
<caption>
<p>Responses of the SOPDT system with <italic>&#x3be;</italic> &#x3d; 0.6 under different controllers: controller output responses without noise [the top left of <bold>(A&#x2013;D)</bold>]; system output responses without noise [the top right of <bold>(A&#x2013;D)</bold>]; controller output responses with noise [the bottom left of <bold>(A&#x2013;D)</bold>]; <bold>(B)</bold> system output responses with noise [the bottom right of <bold>(A&#x2013;D)</bold>].</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fcteg-03-1083419-g011.tif"/>
</fig>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>Parameters of the SS-<inline-formula id="inf204">
<mml:math id="m253">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn mathvariant="bold">2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and PID controllers for <inline-formula id="inf205">
<mml:math id="m254">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn mathvariant="bold">0.2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th rowspan="2" colspan="2" align="center">System parameters</th>
<th rowspan="2" align="center">Method</th>
<th colspan="4" align="center">Controller parameters</th>
<th align="center">ITSE index</th>
<th align="center">Robustness index</th>
<th align="center">Total variation</th>
</tr>
<tr>
<th align="center">
<inline-formula id="inf206">
<mml:math id="m255">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf207">
<mml:math id="m256">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf208">
<mml:math id="m257">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf209">
<mml:math id="m258">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">ITSE</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf210">
<mml:math id="m259">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">TV</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td rowspan="12" align="center">
<inline-formula id="inf211">
<mml:math id="m260">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td rowspan="3" align="center">
<inline-formula id="inf212">
<mml:math id="m261">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">SS-<inline-formula id="inf213">
<mml:math id="m262">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">&#x2212;0.1851</td>
<td align="center">&#x2212;0.1798</td>
<td align="center">0.2751</td>
<td rowspan="3" align="center">&#x2212;0.0276</td>
<td align="center">653.5863</td>
<td align="center">2.2285</td>
<td align="center">7.4161</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Huang_PID</td>
<td align="center">0.2</td>
<td align="center">0.5</td>
<td align="center">0.5</td>
<td align="center">544.8031</td>
<td align="center">2.5540</td>
<td align="center">60.9785</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Ho_PID</td>
<td align="center">0.1798</td>
<td align="center">0.3840</td>
<td align="center">0.3840</td>
<td align="center">453.6361</td>
<td align="center">2.1748</td>
<td align="center">810.5307</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="3" align="center">
<inline-formula id="inf214">
<mml:math id="m263">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">SS-<inline-formula id="inf215">
<mml:math id="m264">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">&#x2212;0.0677</td>
<td align="center">0.1593</td>
<td align="center">&#x2212;0.0499</td>
<td rowspan="3" align="center">0.0893</td>
<td align="center">992.6308</td>
<td align="center">2.5074</td>
<td align="center">2.8541</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Huang_PID</td>
<td align="center">0.1</td>
<td align="center">0.25</td>
<td align="center">0.25</td>
<td align="center">781.9585</td>
<td align="center">2.4548</td>
<td align="center">30.5162</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Ho_PID</td>
<td align="center">0.0833</td>
<td align="center">0.1920</td>
<td align="center">0.1920</td>
<td align="center">788.3334</td>
<td align="center">1.9964</td>
<td align="center">390.8009</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="3" align="center">
<inline-formula id="inf216">
<mml:math id="m265">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">SS-<inline-formula id="inf217">
<mml:math id="m266">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">0.1734</td>
<td align="center">0.1701</td>
<td align="center">&#x2212;0.0484</td>
<td rowspan="3" align="center">0.0348</td>
<td align="center">1.143e&#x2b;03</td>
<td align="center">2.9843</td>
<td align="center">1.9509</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Huang_PID</td>
<td align="center">0.0667</td>
<td align="center">0.1667</td>
<td align="center">0.1667</td>
<td align="center">1.118e&#x2b;03</td>
<td align="center">2.4211</td>
<td align="center">20.3436</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Ho_PID</td>
<td align="center">0.0541</td>
<td align="center">0.1280</td>
<td align="center">0.1280</td>
<td align="center">1.267e&#x2b;03</td>
<td align="center">2.0051</td>
<td align="center">272.0857</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="3" align="center">
<inline-formula id="inf218">
<mml:math id="m267">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">SS-<inline-formula id="inf219">
<mml:math id="m268">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">0.3761</td>
<td align="center">0.1702</td>
<td align="center">0.1539</td>
<td rowspan="3" align="center">0.0540</td>
<td align="center">1.503e&#x2b;03</td>
<td align="center">3.4939</td>
<td align="center">19.4144</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Huang_PID</td>
<td align="center">0.05</td>
<td align="center">0.125</td>
<td align="center">0.125</td>
<td align="center">1.761e&#x2b;03</td>
<td align="center">2.4038</td>
<td align="center">24.9336</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Ho_PID</td>
<td align="center">0.04</td>
<td align="center">0.096</td>
<td align="center">0.096</td>
<td align="center">2.06e&#x2b;03</td>
<td align="center">2.0079</td>
<td align="center">328.9098</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<table-wrap id="T2" position="float">
<label>TABLE 2</label>
<caption>
<p>Parameters of the SS-<inline-formula id="inf220">
<mml:math id="m269">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn mathvariant="bold">2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and PID controllers for <inline-formula id="inf221">
<mml:math id="m270">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn mathvariant="bold">0.4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th rowspan="2" colspan="2" align="center">System parameters</th>
<th rowspan="2" align="center">Method</th>
<th colspan="4" align="center">Controller parameters</th>
<th align="center">ITSE index</th>
<th align="center">Robustness index</th>
<th align="center">Total variation</th>
</tr>
<tr>
<th align="center">
<inline-formula id="inf222">
<mml:math id="m271">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf223">
<mml:math id="m272">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf224">
<mml:math id="m273">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf225">
<mml:math id="m274">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">ITSE</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf226">
<mml:math id="m275">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">TV</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td rowspan="12" align="center">
<inline-formula id="inf227">
<mml:math id="m276">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td rowspan="3" align="center">
<inline-formula id="inf228">
<mml:math id="m277">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">SS-<inline-formula id="inf229">
<mml:math id="m278">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">0.0334</td>
<td align="center">0.2296</td>
<td align="center">0.2665</td>
<td rowspan="3" align="center">&#x2212;0.0375</td>
<td align="center">407.3708</td>
<td align="center">1.9260</td>
<td align="center">8.3491</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Huang_PID</td>
<td align="center">0.4</td>
<td align="center">0.5</td>
<td align="center">0.5</td>
<td align="center">239.4808</td>
<td align="center">2.4527</td>
<td align="center">143.7389</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Ho_PID</td>
<td align="center">0.3334</td>
<td align="center">0.3840</td>
<td align="center">0.3840</td>
<td align="center">245.4935</td>
<td align="center">2.0665</td>
<td align="center">781.3864</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="3" align="center">
<inline-formula id="inf230">
<mml:math id="m279">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">SS-<inline-formula id="inf231">
<mml:math id="m280">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">0.1313</td>
<td align="center">0.1973</td>
<td align="center">0.1246</td>
<td rowspan="3" align="center">0.0626</td>
<td align="center">658.5166</td>
<td align="center">2.1135</td>
<td align="center">9.1303</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Huang_PID</td>
<td align="center">0.2</td>
<td align="center">0.25</td>
<td align="center">0.25</td>
<td align="center">565.4083</td>
<td align="center">2.4028</td>
<td align="center">71.8414</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Ho_PID</td>
<td align="center">0.1601</td>
<td align="center">0.1920</td>
<td align="center">0.1920</td>
<td align="center">618.3568</td>
<td align="center">2.0001</td>
<td align="center">397.009</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="3" align="center">
<inline-formula id="inf232">
<mml:math id="m281">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">SS-<inline-formula id="inf233">
<mml:math id="m282">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">0.2648</td>
<td align="center">0.1698</td>
<td align="center">0.1180</td>
<td rowspan="3" align="center">0.0613</td>
<td align="center">989.0638</td>
<td align="center">2.2598</td>
<td align="center">16.3053</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Huang_PID</td>
<td align="center">0.1333</td>
<td align="center">0.1667</td>
<td align="center">0.1667</td>
<td align="center">1.064e&#x2b;03</td>
<td align="center">2.3872</td>
<td align="center">78.2354</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Ho_PID</td>
<td align="center">0.1053</td>
<td align="center">0.1280</td>
<td align="center">0.1280</td>
<td align="center">1.238e&#x2b;03</td>
<td align="center">2.0061</td>
<td align="center">445.3830</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="3" align="center">
<inline-formula id="inf234">
<mml:math id="m283">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">SS-<inline-formula id="inf235">
<mml:math id="m284">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">0.3551</td>
<td align="center">0.1556</td>
<td align="center">0.1958</td>
<td rowspan="3" align="center">0.0944</td>
<td align="center">1.2933&#x2b;03</td>
<td align="center">2.4294</td>
<td align="center">24.6455</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Huang_PID</td>
<td align="center">0.1000</td>
<td align="center">0.1250</td>
<td align="center">0.1250</td>
<td align="center">1.668e&#x2b;03</td>
<td align="center">2.3785</td>
<td align="center">58.6884</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Ho_PID</td>
<td align="center">0.0784</td>
<td align="center">0.0960</td>
<td align="center">0.0960</td>
<td align="center">1.996e&#x2b;03</td>
<td align="center">2.0083</td>
<td align="center">336.0283</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<table-wrap id="T3" position="float">
<label>TABLE 3</label>
<caption>
<p>Parameters of the SS-<inline-formula id="inf236">
<mml:math id="m285">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn mathvariant="bold">2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and PID controllers for <inline-formula id="inf237">
<mml:math id="m286">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn mathvariant="bold">0.6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th rowspan="2" colspan="2" align="center">System parameters</th>
<th rowspan="2" align="center">Method</th>
<th colspan="4" align="center">Controller parameters</th>
<th align="center">ITSE index</th>
<th align="center">Robustness index</th>
<th align="center">Total variation</th>
</tr>
<tr>
<th align="center">
<inline-formula id="inf238">
<mml:math id="m287">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf239">
<mml:math id="m288">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf240">
<mml:math id="m289">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf241">
<mml:math id="m290">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">ITSE</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf242">
<mml:math id="m291">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">TV</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td rowspan="12" align="center">
<inline-formula id="inf243">
<mml:math id="m292">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td rowspan="3" align="center">
<inline-formula id="inf244">
<mml:math id="m293">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">SS-<inline-formula id="inf245">
<mml:math id="m294">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">0.2490</td>
<td align="center">0.2701</td>
<td align="center">0.2346</td>
<td rowspan="3" align="center">&#x2212;0.0481</td>
<td align="center">291.8792</td>
<td align="center">1.8584</td>
<td align="center">8.4226</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Huang_PID</td>
<td align="center">0.6</td>
<td align="center">0.5</td>
<td align="center">0.5</td>
<td align="center">170.1537</td>
<td align="center">2.4198</td>
<td align="center">233.3799</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Ho_PID</td>
<td align="center">0.4870</td>
<td align="center">0.3840</td>
<td align="center">0.3840</td>
<td align="center">195.1879</td>
<td align="center">2.0467</td>
<td align="center">782.5537</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="3" align="center">
<inline-formula id="inf246">
<mml:math id="m295">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">SS-<inline-formula id="inf247">
<mml:math id="m296">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">0.3113</td>
<td align="center">0.2210</td>
<td align="center">0.2060</td>
<td rowspan="3" align="center">0.0282</td>
<td align="center">508.1148</td>
<td align="center">2.0735</td>
<td align="center">11.7401</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Huang_PID</td>
<td align="center">0.3</td>
<td align="center">.25</td>
<td align="center">0.25</td>
<td align="center">483.9737</td>
<td align="center">2.3854</td>
<td align="center">116.6628</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Ho_PID</td>
<td align="center">0.2369</td>
<td align="center">0.1920</td>
<td align="center">0.1920</td>
<td align="center">567.9483</td>
<td align="center">2.0036</td>
<td align="center">413.0732</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="3" align="center">
<inline-formula id="inf248">
<mml:math id="m297">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">SS-<inline-formula id="inf249">
<mml:math id="m298">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">0.3747</td>
<td align="center">0.1871</td>
<td align="center">0.2141</td>
<td rowspan="3" align="center">0.0596</td>
<td align="center">858.4619</td>
<td align="center">2.3263</td>
<td align="center">23.2255</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Huang_PID</td>
<td align="center">0.2</td>
<td align="center">0.1667</td>
<td align="center">0.1667</td>
<td align="center">1.009e&#x2b;03</td>
<td align="center">2.3758</td>
<td align="center">126.8926</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Ho_PID</td>
<td align="center">0.1565</td>
<td align="center">0.1280</td>
<td align="center">0.1280</td>
<td align="center">1.206e&#x2b;03</td>
<td align="center">2.0071</td>
<td align="center">430.8983</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="3" align="center">
<inline-formula id="inf250">
<mml:math id="m299">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">SS-<inline-formula id="inf251">
<mml:math id="m300">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">0.4140</td>
<td align="center">0.1632</td>
<td align="center">0.2244</td>
<td rowspan="3" align="center">0.0903</td>
<td align="center">1.212e&#x2b;03</td>
<td align="center">2.5511</td>
<td align="center">26.6605</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Huang_PID</td>
<td align="center">0.1500</td>
<td align="center">0.1250</td>
<td align="center">0.1250</td>
<td align="center">1.611e&#x2b;03</td>
<td align="center">2.3700</td>
<td align="center">90.2657</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Ho_PID</td>
<td align="center">0.1168</td>
<td align="center">0.0960</td>
<td align="center">0.0960</td>
<td align="center">1.971e&#x2b;03</td>
<td align="center">2.0087</td>
<td align="center">283.7364</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>Remark: 1) Robustness is the property that a control system maintains for some other performance under certain (structure and size) parameter perturbations.<disp-formula id="equ1">
<mml:math id="m301">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mi mathvariant="italic">max</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mi mathvariant="italic">max</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mi mathvariant="italic">sup</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf252">
<mml:math id="m302">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the open-loop transfer function of the system, <inline-formula id="inf253">
<mml:math id="m303">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf254">
<mml:math id="m304">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are maximum sensitivities, <inline-formula id="inf255">
<mml:math id="m305">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf256">
<mml:math id="m306">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are sensitivity functions, and <inline-formula id="inf257">
<mml:math id="m307">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the robustness of the system.</p>
<p>2) ITSE is the integral of the time squared error. <inline-formula id="inf258">
<mml:math id="m308">
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. <inline-formula id="inf259">
<mml:math id="m309">
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the difference between the reference input signal and output signal of the system.</p>
<p>3) TV is the total variation in the output of the controller. <inline-formula id="inf260">
<mml:math id="m310">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="|" close="|" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s4-2">
<title>4.2 Complex simulation examples</title>
<p>In this subsection, we use three relatively complex oscillatory plants (<inline-formula id="inf261">
<mml:math id="m311">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B15">Huang et al., 2005</xref>), <inline-formula id="inf262">
<mml:math id="m312">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf263">
<mml:math id="m313">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B41">Wang et al., 1999</xref>)) to verify the applicability of the proposed Eqs <xref ref-type="disp-formula" rid="e48">48</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e49">49</xref>. Dynamic responses of plants are given in <xref ref-type="fig" rid="F12">Figures 12</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="F14">14</xref>. The controller parameters, systems parameters, and controller performance index are shown in <xref ref-type="table" rid="T4">Table 4</xref>. It is shown that SS-<inline-formula id="inf264">
<mml:math id="m314">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and PID have similar disturbance rejection responses; SS-<inline-formula id="inf265">
<mml:math id="m315">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> has a smaller overshoot in the set-point for <inline-formula id="inf266">
<mml:math id="m316">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and set-point tracking responses without the overshoot for <inline-formula id="inf267">
<mml:math id="m317">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf268">
<mml:math id="m318">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.Additionally, the influence of the measurement noise on SS-<inline-formula id="inf269">
<mml:math id="m319">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is smaller than PID. Significantly, SS-<inline-formula id="inf270">
<mml:math id="m320">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> does not have a satisfactory disturbance rejection performance, compared to the linear active disturbance rejection controller (LADRC) for <inline-formula id="inf271">
<mml:math id="m321">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> but has a smaller robustness and TV than LADRC. Generally speaking, the proposed tuning approach has a better control effort and can trade-off between the performance, robustness, and attenuation of the measurement noise.<disp-formula id="e50">
<mml:math id="m322">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>9</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2.4</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(50)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e51">
<mml:math id="m323">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.3</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(51)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e52">
<mml:math id="m324">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.1</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(52)</label>
</disp-formula>
</p>
<fig id="F12" position="float">
<label>FIGURE 12</label>
<caption>
<p>Responses of <inline-formula id="inf272">
<mml:math id="m325">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">G</mml:mi>
<mml:mn mathvariant="bold">1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>: controller output responses without noise (the top left); system output responses without noise (the top right); controller output responses with noise (the bottom left); system output responses with noise (the bottom right).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fcteg-03-1083419-g012.tif"/>
</fig>
<fig id="F13" position="float">
<label>FIGURE 13</label>
<caption>
<p>Responses of <inline-formula id="inf273">
<mml:math id="m326">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">G</mml:mi>
<mml:mn mathvariant="bold">2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>: controller output responses without noise (the top left); system output responses without noise (the top right); controller output responses with noise (the bottom left); system output responses with noise (the bottom right).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fcteg-03-1083419-g013.tif"/>
</fig>
<fig id="F14" position="float">
<label>FIGURE 14</label>
<caption>
<p>Responses of <inline-formula id="inf274">
<mml:math id="m327">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">G</mml:mi>
<mml:mn mathvariant="bold">3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>: controller output responses without noise (the top left); system output responses without noise (the top right); controller output responses with noise (the bottom left); system output responses with noise (the bottom right).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fcteg-03-1083419-g014.tif"/>
</fig>
<table-wrap id="T4" position="float">
<label>TABLE 4</label>
<caption>
<p>Parameters of the SS-<inline-formula id="inf275">
<mml:math id="m328">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn mathvariant="bold">2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and PID controllers for (50)&#x2013;(52).</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th colspan="4" align="left">System parameters</th>
<th rowspan="2" align="center">Method</th>
<th colspan="5" align="center">Controller parameters</th>
<th align="center">ITSE index</th>
<th align="center">Robustness index</th>
<th align="center">Total variation</th>
</tr>
<tr>
<th align="center"/>
<th align="center">
<inline-formula id="inf276">
<mml:math id="m329">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf277">
<mml:math id="m330">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">T</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf278">
<mml:math id="m331">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf279">
<mml:math id="m332">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf280">
<mml:math id="m333">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf281">
<mml:math id="m334">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf282">
<mml:math id="m335">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">ITSE</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf283">
<mml:math id="m336">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">TV</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td rowspan="4" align="center">G1</td>
<td rowspan="4" align="center">0.4154</td>
<td rowspan="4" align="center">2.3000</td>
<td rowspan="4" align="center">3.2024</td>
<td align="center">
<italic>SS-</italic>
<inline-formula id="inf284">
<mml:math id="m337">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">0.0364</td>
<td align="center">0.0769</td>
<td align="center">1.0554</td>
<td rowspan="3" align="center">&#x2212;0.928</td>
<td rowspan="3" align="center">1.4554</td>
<td align="center">1.99e&#x2b;03</td>
<td align="center">2.4288</td>
<td align="center">0.6661</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Huang_PID</td>
<td align="center">0.5784</td>
<td align="center">0.2174</td>
<td align="center">2.2294</td>
<td align="center">1.14e&#x2b;03</td>
<td align="center">3.0657</td>
<td align="center">0.7360</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Ho_PID</td>
<td align="center">0.4950</td>
<td align="center">0.1669</td>
<td align="center">1.7121</td>
<td align="center">1.21e&#x2b;03</td>
<td align="center">2.4928</td>
<td align="center">0.5826</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Wang_LADRC</td>
<td align="center"/>
<td align="center"/>
<td align="center"/>
<td align="center"/>
<td align="center">4.7154</td>
<td align="center">929.7305</td>
<td align="center">4.01</td>
<td align="center">1.0383</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="3" align="center">G2</td>
<td rowspan="3" align="center">0.5704</td>
<td rowspan="3" align="center">0.5230</td>
<td rowspan="3" align="center">0.6321</td>
<td align="center">
<italic>SS-</italic>
<inline-formula id="inf285">
<mml:math id="m338">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">1.9936</td>
<td align="center">4.1681</td>
<td align="center">1.5514</td>
<td rowspan="3" align="center">&#x2212;0.260</td>
<td rowspan="3" align="center">7.3497</td>
<td align="center">1.0107</td>
<td align="center">1.8594</td>
<td align="center">0.5117</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Huang_PID</td>
<td align="center">6.5994</td>
<td align="center">9.1520</td>
<td align="center">3.6568</td>
<td align="center">0.3753</td>
<td align="center">2.4264</td>
<td align="center">0.5814</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Ho_PID</td>
<td align="center">5.4345</td>
<td align="center">7.0282</td>
<td align="center">2.8082</td>
<td align="center">0.4661</td>
<td align="center">2.0704</td>
<td align="center">0.5084</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="3" align="center">G3</td>
<td rowspan="3" align="center">0.4911</td>
<td rowspan="3" align="center">0.8370</td>
<td rowspan="3" align="center">1.1207</td>
<td align="center">
<italic>SS-</italic>
<inline-formula id="inf286">
<mml:math id="m339">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
<td align="center">0.5322</td>
<td align="center">1.0544</td>
<td align="center">1.4873</td>
<td align="center">&#x2212;0.459</td>
<td align="center">4.1540</td>
<td align="center">15.5827</td>
<td align="center">1.9197</td>
<td align="center">0.5407</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Wang_LADRC</td>
<td align="center"/>
<td align="center"/>
<td align="center"/>
<td align="center"/>
<td align="center">13.323</td>
<td align="center">4.5426</td>
<td align="center">2.7579</td>
<td align="center">0.6918</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Wang_PID</td>
<td align="center">1.5030</td>
<td align="center">1.3660</td>
<td align="center">1.7150</td>
<td align="center"/>
<td align="center"/>
<td align="center">10.3836</td>
<td align="center">1.7707</td>
<td align="center">0.5069</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec id="s4-3">
<title>4.3 Practical system simulations</title>
<p>Consider the load frequency control system as a typical oscillatory SOPDT system. Additionally, the system&#x2019;s uncertainty and control complexity will rise due to communication delays. Therefore, the proposed SS-<inline-formula id="inf287">
<mml:math id="m340">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> controller is applied to the LFC system with communication delays in this section to test its effectiveness.</p>
<p>To illustrate the issue, we take the one-area non-reheat system as an example (<xref ref-type="bibr" rid="B9">Fu and Tan, 2018</xref>). The transfer function model of the LFC system is shown in <xref ref-type="fig" rid="F15">Figure 15</xref>. The transfer function of each part is as follows:<disp-formula id="e53">
<mml:math id="m341">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.08</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.3</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")" separators="|">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>120</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>20</mml:mn>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(53)</label>
</disp-formula>and<disp-formula id="e54">
<mml:math id="m342">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2.4</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.5</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(54)</label>
</disp-formula>
</p>
<fig id="F15" position="float">
<label>FIGURE 15</label>
<caption>
<p>Transfer function model of the load frequency control system.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fcteg-03-1083419-g015.tif"/>
</fig>
<p>The system parameters are as follows (<xref ref-type="bibr" rid="B9">Fu and Tan, 2018</xref>):<disp-formula id="e55">
<mml:math id="m343">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="center">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2.3568</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.4665</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.3700</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(55)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Suppose there is a disturbance of <inline-formula id="inf288">
<mml:math id="m344">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.01</mml:mn>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> added to the output of the controller. From <xref ref-type="fig" rid="F16">Figure 16</xref>, we can conclude that the proposed controller has a faster response speed and better disturbance rejection performance.</p>
<fig id="F16" position="float">
<label>FIGURE 16</label>
<caption>
<p>System responses under different controllers: <bold>(A)</bold> controller output responses and <bold>(B)</bold> system output responses.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fcteg-03-1083419-g016.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="conclusion" id="s5">
<title>5 Conclusion</title>
<p>The purpose of this paper was to provide a tuning formula of the <inline-formula id="inf289">
<mml:math id="m345">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> controller for oscillatory systems with time delays. The ideal <inline-formula id="inf290">
<mml:math id="m346">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> controller was implemented <italic>via</italic> the state-space form, which takes a cascaded integral model to estimate the output of the controlled plant and its derivatives; accordingly, it retains the plant-independence property of the traditional PID. A total of two state-space <inline-formula id="inf291">
<mml:math id="m347">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> tuning formulas were attained for SOPDT systems with time delays, and the parameters of <inline-formula id="inf292">
<mml:math id="m348">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be determined by approximating an IMC controller. The proposed formulas are applied to a wide range of plants. In addition, further simulation analysis of <inline-formula id="inf293">
<mml:math id="m349">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> was used to test the effectiveness of the proposed tuning formula. Compared with the PID controller, the state-space <inline-formula id="inf294">
<mml:math id="m350">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> controller has roll-offs at high frequencies; thus, it is more insensitive to measurement noises.</p>
<p>The empirical findings in this study provide a new understanding of <inline-formula id="inf295">
<mml:math id="m351">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> controllers. Future research will be devoted to the control of <inline-formula id="inf296">
<mml:math id="m352">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> oscillatory systems with zeros.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="data-availability" id="s6">
<title>Data availability statement</title>
<p>The raw data supporting the conclusion of this article will be made available by the authors, without undue reservation.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Author contributions</title>
<p>HX, HG, and TW contributed to the conceptualization and methodology. HX wrote the first draft of the manuscript. All authors contributed to manuscript revision and read and approved the submitted version.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s8">
<title>Conflict of interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s9">
<title>Publisher&#x2019;s note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors, and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Basilio</surname>
<given-names>J. C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Matos</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2002</year>). <article-title>Design of PI and PID controllers with transient performance specification</article-title>. <source>IEEE Trans. Educ.</source> <volume>45</volume>, <fpage>364</fpage>&#x2013;<lpage>370</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/te.2002.804399</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Borase</surname>
<given-names>R. P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Maghade</surname>
<given-names>D. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sondkar</surname>
<given-names>S. Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pawar</surname>
<given-names>S. N.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>A review of PID control, tuning methods and applications</article-title>. <source>Int. J. Dynam. Control</source> <volume>9</volume>, <fpage>818</fpage>&#x2013;<lpage>827</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s40435-020-00665-4</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chan</surname>
<given-names>Y. F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Moallem</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Design and implementation of modular FPGA-based PID controllers</article-title>. <source>IEEE Trans. Ind. Electron.</source> <volume>54</volume>, <fpage>1898</fpage>&#x2013;<lpage>1906</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tie.2007.898283</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chao</surname>
<given-names>C.-T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sutarna</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chiou</surname>
<given-names>J.-S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>C.-J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>An optimal fuzzy PID controller design based on conventional PID control and nonlinear factors</article-title>. <source>Appl. Sci.</source> <volume>9</volume>, <fpage>1224</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/app9061224</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chatterjee</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dalel</surname>
<given-names>M. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Palavalasa</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group>, <year>2019</year>. &#x201c;<article-title>Design of PID plus second order derivative controller for automatic voltage regulator using whale optimizatio algorithm</article-title>,&#x201d; in <conf-name>2019 3rd International Conference on Recent Developments in Control, Automation &#x26; Power Engineering (RDCAPE)</conf-name>, <conf-loc>NOIDA, India</conf-loc>, <conf-date>10-11 October 2019</conf-date> (<publisher-name>IEEE</publisher-name>), <fpage>574</fpage>&#x2013;<lpage>579</lpage>.<comment>Presented at the 2019 3rd International Conference on Recent Developments in Control, Automation &#x26; Power Engineering (RDCAPE)</comment>.</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chevalier</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Francis</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Copot</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ionescu</surname>
<given-names>C. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>De Keyser</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Fractional-order PID design: Towards transition from state-of-art to state-of-use</article-title>. <source>ISA Trans.</source> <volume>84</volume>, <fpage>178</fpage>&#x2013;<lpage>186</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.isatra.2018.09.017</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Farooq</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rahman</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lone</surname>
<given-names>S. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). &#x201c;<article-title>Fuzzy and MBO optimized load frequency control of hybrid power system</article-title>,&#x201d; in <conf-name>2021 IEEE 18th India Council International Conference (INDICON). Presented at the 2021 IEEE 18th India Council International Conference (INDICON)</conf-name>, <conf-loc>Guwahati, India</conf-loc>, <conf-date>19-21 December 2021</conf-date> (<publisher-name>IEEE</publisher-name>), <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>6</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fu</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tan</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Decentralised load frequency control for power systems with communication delays via active disturbance rejection</article-title>. <source>IET Generation, Transm. Distribution</source> <volume>12</volume>, <fpage>1397</fpage>&#x2013;<lpage>1403</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1049/iet-gtd.2017.0852</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gao</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2003</year>). &#x201c;<article-title>Scaling and bandwidth-parameterization based controller tuning</article-title>,&#x201d; in <conf-name>Proceedings of the 2003 American Control Conference, 2003</conf-name>, <conf-loc>Denver, CO, USA</conf-loc>, <conf-date>04-06 June 2003</conf-date> (<publisher-name>IEEE</publisher-name>), <fpage>4989</fpage>&#x2013;<lpage>4996</lpage>. <comment>Presented at the 2003 American Control Conference</comment>.</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Garpinger</surname>
<given-names>O.</given-names>
</name>
<name>
<surname>H&#xe4;gglund</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>&#xc5;str&#xf6;m</surname>
<given-names>K. J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Performance and robustness trade-offs in PID control</article-title>. <source>J. Process Control</source> <volume>24</volume>, <fpage>568</fpage>&#x2013;<lpage>577</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jprocont.2014.02.020</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gundes</surname>
<given-names>A. N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ozguler</surname>
<given-names>A. B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2007</year>). <article-title>PID stabilization of MIMO plants</article-title>. <source>IEEE Trans. Autom. Contr.</source> <volume>52</volume>, <fpage>1502</fpage>&#x2013;<lpage>1508</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tac.2007.902763</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Halikias</surname>
<given-names>G. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zolotas</surname>
<given-names>A. C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1999</year>). <article-title>Optimal design of PID controllers using the QFT method</article-title>. <source>IEE Proc. - Control Theory Appl.</source> <volume>146</volume>, <fpage>585</fpage>&#x2013;<lpage>589</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1049/ip-cta:19990746</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Horn</surname>
<given-names>I. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Arulandu</surname>
<given-names>J. R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gombas</surname>
<given-names>C. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>VanAntwerp</surname>
<given-names>J. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Braatz</surname>
<given-names>R. D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1996</year>). <article-title>Improved filter design in internal model control</article-title>. <source>Ind. Eng. Chem. Res.</source> <volume>35</volume>, <fpage>3437</fpage>&#x2013;<lpage>3441</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/ie9602872</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>H.-P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jeng</surname>
<given-names>J.-C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Luo</surname>
<given-names>K.-Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Auto-tune system using single-run relay feedback test and model-based controller design</article-title>. <source>J. Process Control</source> <volume>15</volume>, <fpage>713</fpage>&#x2013;<lpage>727</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jprocont.2004.11.004</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>H.-P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lee</surname>
<given-names>M.-W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>C.-L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2000</year>). <article-title>Inverse-based design for a modified PID controller</article-title>. <source>J. Chin. Inst. Chem. Eng.</source> <volume>31</volume>, <fpage>225</fpage>&#x2013;<lpage>236</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Jin</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sheng</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Neural network based adaptive fuzzy PID-type sliding mode attitude control for a reentry vehicle</article-title>. <source>Int. J. Control Autom. Syst.</source> <volume>15</volume>, <fpage>404</fpage>&#x2013;<lpage>415</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s12555-015-0181-1</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>kalyan</surname>
<given-names>C. N. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Suresh</surname>
<given-names>C. V.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). &#x201c;<article-title>PIDD controller for AGC of nonlinear system with PEV integration and AC-DC links</article-title>,&#x201d; in <conf-name>2021 International Conference on Sustainable Energy and Future Electric Transportation (SEFET)</conf-name>, <conf-loc>Hyderabad, India</conf-loc>, <conf-date>21-23 January 2021</conf-date> (<publisher-name>IEEE</publisher-name>), <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>6</lpage>. <comment>Presented at the 2021 International Conference on Sustainable Energy and Future Electric Transportation (SEFET)</comment>.</citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kalyan</surname>
<given-names>C. N. S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). &#x201c;<article-title>UPFC and SMES based coordinated control strategy for simultaneous frequency and voltage stability of an interconnected power system</article-title>,&#x201d; in <conf-name>2021 1st International Conference on Power Electronics and Energy (ICPEE)</conf-name>, <conf-loc>Bhubaneswar, India</conf-loc>, <conf-date>02-03 January 2021</conf-date> (<publisher-name>IEEE</publisher-name>), <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>6</lpage>. <comment>Presented at the 2021 1st International Conference on Power Electronics and Energy (ICPEE)</comment>.</citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kim</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lee</surname>
<given-names>S.-U.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>PID with a switching action controller for nonlinear systems of second-order controller canonical form</article-title>. <source>Int. J. Control Autom. Syst.</source> <volume>19</volume>, <fpage>2343</fpage>&#x2013;<lpage>2356</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s12555-020-0346-4</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Koley</surname>
<given-names>I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sarkar</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Datta</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Panda</surname>
<given-names>G. K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). &#x201c;<article-title>Load frequency control of a wind energy integrated multiarea power system with CSA tuned PIDD controller</article-title>,&#x201d; in <conf-name>2020 IEEE First International Conference on Smart Technologies for Power, Energy and Control (STPEC)</conf-name>, <conf-loc>Nagpur, India</conf-loc>, <conf-date>25-26 September 2020</conf-date> (<publisher-name>IEEE</publisher-name>), <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>6</lpage>. <comment>Presented at the 2020 IEEE First International Conference on Smart Technologies for Power, Energy and Control (STPEC)</comment>.</citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kurokawa</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sato</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vilanova</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Konishi</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Design of optimal PID control with a sensitivity function for resonance phenomenon-involved second-order plus dead-time system</article-title>. <source>J. Frankl. Inst.</source> <volume>357</volume>, <fpage>4187</fpage>&#x2013;<lpage>4211</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jfranklin.2020.03.015</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lee</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Park</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lee</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Brosilow</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1998</year>). <article-title>PID controller tuning for desired closed-loop responses for SI/SO systems</article-title>. <source>AIChE J.</source> <volume>44</volume>, <fpage>106</fpage>&#x2013;<lpage>115</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/aic.690440112</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Memon</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shao</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>An optimal approach to online tuning method for PID type iterative learning control</article-title>. <source>Int. J. Control Autom. Syst.</source> <volume>18</volume>, <fpage>1926</fpage>&#x2013;<lpage>1935</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s12555-018-0840-0</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Memon</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shao</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Robust optimal PID type ILC for linear batch process</article-title>. <source>Int. J. Control Autom. Syst.</source> <volume>19</volume>, <fpage>777</fpage>&#x2013;<lpage>787</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s12555-019-1033-1</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mohanty</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Hybrid flower pollination and pattern search algorithm optimized sliding mode controller for deregulated AGC system</article-title>. <source>J. Ambient. Intell. Hum. Comput.</source> <volume>11</volume>, <fpage>763</fpage>&#x2013;<lpage>776</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s12652-019-01348-5</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mohanty</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Performance analysis of moth flame optimization algorithm for AGC system</article-title>. <source>Int. J. Model. Simul.</source> <volume>39</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>15</lpage>. <comment>16</comment>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/02286203.2018.1476799</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mokeddem</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mirjalili</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Improved Whale Optimization Algorithm applied to design PID plus second-order derivative controller for automatic voltage regulator system</article-title>. <source>J. Chin. Inst. Eng.</source> <volume>43</volume>, <fpage>541</fpage>&#x2013;<lpage>552</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/02533839.2020.1771205</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B30">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Oliveira</surname>
<given-names>P. B. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vran&#x10d;i&#x107;</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Underdamped second-order systems overshoot control</article-title>. <source>IFAC Proc. Vol.</source> <volume>45</volume>, <fpage>518</fpage>&#x2013;<lpage>523</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3182/20120328-3-it-3014.00088</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B31">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pan</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cai</surname>
<given-names>W.-J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Lazy learning-based online identification and adaptive PID control: A case study for cstr process</article-title>. <source>Ind. Eng. Chem. Res.</source> <volume>46</volume>, <fpage>472</fpage>&#x2013;<lpage>480</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/ie0608713</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B32">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Radke</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Isermannt</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1987</year>). <source>A parameter-adaptive PID-controller with stepwise parameter optimization 9</source>. <publisher-name>Elsevier</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B33">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Shamsuzzoha</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lee</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Analytical design of enhanced PID filter controller for integrating and first order unstable processes with time delayfilter controller for integrating and first order unstable processes with time delay</article-title>. <source>Chem. Eng. Sci.</source> <volume>15</volume>, <fpage>2717</fpage>&#x2013;<lpage>2731</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ces.2008.02.028</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B34">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Shamsuzzoha</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lee</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2007</year>). <article-title>IMC&#x2212;PID controller design for improved disturbance rejection of time-delayed processes</article-title>. <source>Ind. Eng. Chem. Res.</source> <volume>46</volume>, <fpage>2077</fpage>&#x2013;<lpage>2091</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/ie0612360</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B36">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Simanenkov</surname>
<given-names>A. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rozhkov</surname>
<given-names>S. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Borisova</surname>
<given-names>V. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). &#x201c;<article-title>An algorithm of optimal settings for PIDD 2 D 3 -controllers in ship power plant</article-title>,&#x201d; in <conf-name>2017 IEEE 37th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO)</conf-name>, <conf-loc>Kyiv, Ukraine</conf-loc> (<publisher-name>IEEE</publisher-name>), <fpage>152</fpage>&#x2013;<lpage>155</lpage>. <comment>Presented at the 2017 IEEE 37th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO)</comment>.</citation>
</ref>
<ref id="B37">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Skogestad</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Grimholt</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2012</year>). &#x201c;<article-title>The SIMC method for smooth PID controller tuning</article-title>,&#x201d; in <source>PID control in the third millennium, advances in industrial control</source>. Editors <person-group person-group-type="editor">
<name>
<surname>Vilanova,</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Visioli</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<publisher-loc>London</publisher-loc>: <publisher-name>Springer London</publisher-name>), <fpage>147</fpage>&#x2013;<lpage>175</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B38">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sonkar</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rahi</surname>
<given-names>O. P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). &#x201c;<article-title>Unified tuning of PID-derivative filter load frequency controller for two area interconnected system including wind power plant</article-title>,&#x201d; in <conf-name>2016 IEEE Uttar Pradesh Section International Conference on Electrical, Computer and Electronics Engineering (UPCON)</conf-name>, <conf-loc>Varanasi, India</conf-loc>, <conf-date>09-11 December 2016</conf-date> (<publisher-name>IEEE</publisher-name>), <fpage>388</fpage>&#x2013;<lpage>393</lpage>. <comment>Presented at the 2016 IEEE Uttar Pradesh Section International Conference on Electrical, Computer and Electronics Engineering (UPCON)</comment>.</citation>
</ref>
<ref id="B39">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tan</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fu</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Linear active disturbance rejection control: Analysis and tuning via IMC</article-title>. <source>IEEE Trans. Ind. Electron.</source> <volume>63</volume>, <fpage>2350</fpage>&#x2013;<lpage>2359</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tie.2015.2505668</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B40">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tzafestas</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Papanikolopoulos</surname>
<given-names>N. P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1990</year>). <article-title>Incremental fuzzy expert PID control</article-title>. <source>IEEE Trans. Ind. Electron.</source> <volume>37</volume>, <fpage>365</fpage>&#x2013;<lpage>371</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/41.103431</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B41">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Q-G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lee</surname>
<given-names>T-H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fung</surname>
<given-names>H-W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bi</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1999</year>). <article-title>PID tuning for improved performance</article-title>. <source>IEEE Trans. Contr. Syst. Technol.</source> <volume>7</volume>, <fpage>457</fpage>&#x2013;<lpage>465</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/87.772161</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B42">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tan</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cui</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Han</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Guo</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Linear active disturbance rejection control for oscillatory systems with large time-delays</article-title>. <source>J. Frankl. Inst.</source> <volume>358</volume>, <fpage>6240</fpage>&#x2013;<lpage>6260</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jfranklin.2021.06.016</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B43">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Weng</surname>
<given-names>K. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chang</surname>
<given-names>C. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1997</year>). <article-title>Self-tuning PID control of a plant with under-damped response with specifications on gain and phase margins</article-title>. <source>IEEE Trans. Contr. Syst. Technol.</source> <volume>5</volume>, <fpage>446</fpage>&#x2013;<lpage>452</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/87.595926</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B44">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tan</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Tuning of linear active disturbance rejection controller with robustness specification</article-title>. <source>ISA Trans.</source> <volume>10</volume>, <fpage>237</fpage>&#x2013;<lpage>246</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.isatra.2018.10.018</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B45">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xue</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>Y. Q.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2005</year>). &#x201c;<article-title>A fractional order PID tuning algorithm for a class of fractional order plants</article-title>,&#x201d; in <conf-name>IEEE International Conference Mechatronics and Automation, 2005</conf-name>, <conf-loc>Niagara Falls, ON, Canada</conf-loc> (<publisher-name>IEEE</publisher-name>), <fpage>216</fpage>&#x2013;<lpage>221</lpage>. <comment>Presented at the 2005 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation</comment>.</citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>